EMC常用元器件之磁珠总结

像音频之类的低频信号，因为音频信号通常是由音频解码器解码而来，其 EMI 噪声通常是音频解码器的几十 MHz 的时钟频率谐波。因此，即使是低频的音频信 号，其 EMI 噪声通常也会是高达几十甚至几百 MHz 的高频噪声。
其次，要知道信号电流。对于大多数信号而言，像视频，RS232 等，仅仅是信号 而已，并没有太大的电流输出，因此通常不需要考虑磁珠的额定电流。但对于音 频信号，通常是有功率输出的，此时磁珠的选择就要考虑输出电流。此时要将音 频信号折算成有效值来选取适当额定电流的磁珠。
图一
图二
图三 如图四所示，利用磁珠的电感特性构成的高频 LC 滤波器电路，该电路可有效 的吸收由高频振荡器产生的振荡信号而不致窜入负载，并且不降低负载上的直 流电压。
图四
如图五所示，利用磁珠的电阻特性来消除两只快速逻辑门之间由于长线传输而 引起的振铃现象。任何传输线都不可避免的存在着引线电阻、引线电感和杂散 电容，因此，一个标准的脉冲信号在经过较长传输线后，极易产生上冲及振铃 现象。大量的实验证明，引线电阻可使脉冲的平均振幅减小，而引线电感和杂 散电容的存在，则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的 条件下，引线电感越大，上冲及振铃现象就越严重，杂散电容越大，则使波形 的上升时间越长，而引线电阻的增加，将使脉冲的振幅减小。在实际电路中， 可以利用串联电阻的方法来减小和抑制上冲及振铃。
峰值阻抗应选择在可能出现 EMI 问题的频率点附近。 用于高速信号的磁珠要注意阻抗匹配，比如用于视频信号线的磁珠阻抗在 100MH z 左右要在 50 欧姆左右；用于信号线的磁珠，通常不需要考虑磁珠 DCR，磁珠的 尺寸要越小越好。 另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量，一般需要降额 80％处理，用在电源电 路时要考虑直流阻抗对压降影响。 最后就是磁珠的阻抗曲线要尽量陡峭，以免影响信号完整性。
0603C601R 0603 size 600 300 330 420 171 200
0402A601R 0402 size 600 175 644 600 399 500
上面是四个不同大小的磁珠分别工作在 0A，100mA 偏置电流及在 100MHz,500MHz 和 1GHz 工作频率下的阻抗值。从上表的测试数据中可以看出，1206 尺寸的磁珠 在低频 100MHz 工作时，其阻抗值仅从 0A 下的 600ohm 减小到 100mA 偏置电流下 的 550ohm,而 0402 尺寸的磁珠阻抗值却从 0A 下的 600ohm 大幅减小为 175ohm。
图五 吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造 成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电源的两根线(正负)同时穿过 一个磁环，有效信号为差模信号，EMI 吸收磁环/磁珠对其没有任何影响而对 于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让 穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制 原理，合理使用它的抑制作用。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。 对于输入/输出电路，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠 构成的吸收滤波器，除了应选用高磁导率的有耗材料外，还要注意它的应用场 合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百欧姆，因此它在高 阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频 电路)中使用将非常有效
5、电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。一般地的连接和电源的连接 在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信号线也采用磁珠。 磁珠的大小（确切的说应该是磁珠的特性曲线）取决于需要磁珠吸收的干扰 波的频率。磁珠就是阻高频，对直流电阻低，对高频电阻高。比如 1000R@100Mhz 就是说对 100M 频率的信号有 1000 欧姆的电阻。因为磁珠的单 位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的 datasheet 上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。一般以 100MHz 为标准， 比如 2012B601,就是指在 100MHz 的时候磁珠的 Impedance 为 600 欧姆。
磁珠的典型应用--232 接口
磁珠的典型应用--VGA 接口
磁珠的典型应用--LCD 接口
六、电感与磁珠的联系与区别
1、电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件 2、电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于 EMC 对策 3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干
下图是一个磁珠的实际的特性曲线图。大家可以看到这个磁珠的峰值点出现在 1 GHz 左右。在峰点时，阻抗（Z）曲线的值与电阻（R）的相等。也就是说这个磁 珠在 1GHz 时，是个纯电阻，而且阻抗值最大。
从磁珠的阻抗曲线来看，其实它的特性就是可以用来做高频信号滤波器。需要注 意的是，通常大家看到的厂家提供的磁珠阻抗曲线，都是在无偏置电流情况下测 试得到的曲线。但大部分磁珠通常被放在电源线上用来滤除电源的 EMI 噪声。而 在有偏置电流的情况下，磁珠的特性会发生一些变化。下面是某个 0805 尺寸 额 定电流 500mA 的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。大家可以看到，随着电流 的增加，磁珠的峰值阻抗会变小，同时阻抗峰值点的频率也会变高。
在进一步阐述磁珠的特性之前，让我们先来看一下磁珠的主要特性指标的定义： Z (阻抗，impedance ohm) :磁珠等效电路中所有元件的阻抗之和,它是频率的函 数。通常大家都用磁珠在 100MHz 时的阻抗值作为磁珠阻抗值。 DCR (ohm): 磁珠导体的的直流电阻。 额定电流：当磁珠安装于印刷线路板并加入恒定电流，自身温升由室温上升 40C 时的电流值。
6、在使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合。在谐振电路中需要 使用片式电感。而需要消除不需要的 EMI 噪声时，使用片式磁珠是最佳的选 择。片式磁珠和片式电感的应用场合：片式电感：射频（RF）和无线通讯， 信息技术设备，雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs （个人数字助理），无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠： 时钟 发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O 输入/输出内部连接器（比 如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网），射频（RF）电路和 易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机， 录像机（VCRS），电视系统和手提电话中的 EMI 噪声抑止。
小，磁芯损耗增加，电阻成分增加，导致总阻抗增加；当高频信号通过磁 珠时，电磁干扰被吸收并转换热能的形式好散掉。
4、等效电路是一个 DCR 电阻串联一个电感 L(f),并联一个电容 C(f)和一个电阻 R(f)。DCR 是一个恒定值，但后面三个元件都是频率的函数，也就是说它们的感 抗，容抗和阻抗会随着频率的变化而变化，当然它们阻值，感量和容值都非常小。
波形测试点
下面是用示波器分别量测磁珠输出端的波形图
从输出波形来看，磁珠 B 的输出波形失真要明显小于磁珠 A。原因是磁珠 B 的阻 抗频率波形比较陡峭，其阻抗在 200MHz 时较高，只对 200MHz 附近的信号的衰减 较大，但对频谱很宽的方波波形影响较小。而磁珠 A 的阻抗频率特性比较平坦， 其对信号的衰减频谱也比较宽，因此对方波的波形影响也较大。 下面是上述三种情况对应的 EMI 测试结果。结果是磁珠 A 和磁珠 B 都会对 EMI 噪声产生很大的衰减。磁珠 A 在整个 EMI 频谱范围内的衰减要稍好于磁珠 B。
@100 MHz @500 MHz @ 1 GHz
ZerZero Bias
100
mA
Zero Bias
100 mA
1206C601R 1206 size 600 550 220 220 105 120
0805E601R 0805 size 600 380 304 250 151 120
五、典型应用
磁珠被广泛应用于印制电路板、电源线、数据线、高频开关电源、录像机、电 子测量仪器、以及各种对噪声要求非常严格的电路中。如在印制板的电源线入 口端加上磁珠，就可以滤除高频干扰。磁珠或磁环专用于抑制信号线、电源线 上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。磁珠有很 高的电阻率和磁导率。 在信号电路中的应用图一、图二、图三 分别表示出了磁珠在直流供电回路、 数字电话、抑制 EMI 噪声滤波器中的应用实例。
再来看一下下面两个不同曲线特征的磁珠 A 和磁珠 B 应用于信号线时的情况。
磁珠 A 和磁珠 B 的阻抗峰值都在 100MHz 和 200MHz 之间，但磁珠 A 阻抗频率曲线 比较平坦，磁珠 B 则比较陡峭。
我们将两个磁珠分别放在如下的 20MHz 的信号线上，看看对信号输出会产生什么 样的影响。
EMC 常用元器件－磁珠
一、 定义
是一种抗干扰元件，滤除高频噪声效果显著。
二、 结构--以片式铁氧体磁珠为例如图所示：
三、 磁珠特性：
1、磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器； 2、低频时,呈电感特性，阻抗较低，磁芯损耗较小，这种电感容易造成谐振，
因此在低频段时可能出现使用磁珠后，干扰现象增强； 3、高频时，阻抗主要由电阻成分构成，随频率的升高，磁导率降低，感抗减
由此看来，在低频大偏置电流应用的情况下，应该选择大尺寸的磁珠，其阻抗特 性会更好一些。
让我们来看一下磁珠在高频工作时的情形。
1206 尺寸的磁珠其 1GHz 下的阻抗从 100MHz 下的 600ohm 大幅减小为 105ohm,而 0402 尺寸的磁珠其 1GHz 下的阻抗则只由 100MHz 下的 600ohm 小幅减小为 399oh m。这也就是说，在低频大偏置电流的情况下，我们应该选择较大尺寸的磁珠， 而在高频应用中，我们应该尽量选择小尺寸的磁珠。至于为什么大小磁珠会表现 为如此特性，希望看了前面磁珠特性的读者会自己找到答案。
因此，在具体选用磁珠时，阻抗频率特性平坦型的磁珠 A 比较适合应用于电源线， 而频率特性比较陡峭的磁珠 B 则较适合应用于信号线。磁珠 B 在应用于信号线时， 可以在尽量保持信号完整性的情况下，尽可能只对 EMI 频率附近的噪声产生最大 的衰减。 假如磁珠用于信号线，那应该如何选择磁珠的种类呢？ 首先，我们应该知道磁珠要用于何种信号线，比如是音频，视频还是其他。这也 就是说应该知道信号的工作频率。原则上，磁珠的阻抗峰值频率应至少高于信号 的有效带宽，否则会影响影响信号完整性，从而影响系统的正常工作。即使对于
扰。两者都可用于处理 EMC、EMI 问题。EMI 的两个途径，即：辐射和传导， 不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用电感。 4、磁珠是用来吸收超高频信号，象一些 RF 电路，PLL,振荡电路，含超高频存储 器电路（DDR SDRAM,RAMBUS 等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一 种蓄能元件，用在 LC 振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少 超过 50MHZ.
那么 EMI 磁珠有成千上万种，阻抗曲线也各不相同，我们应该如根据我们的实 际应用选择合适的磁珠呢？
首先来看一下阻抗值同为 600ohm@100MHz 但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置电 流电流和工作频率下的特性。
Z (Ohms)
Z (Ohms)
Z (Ohms)
Part Number / Size (All 600 Ohm chip beads)
从等效电路中可以看到，当频率低于 fL（LC 谐振频率）时，磁珠呈现电感特性； 当频率等于 fL 时，磁珠是一个纯电阻，此时磁珠的阻抗（impedance）最大；当 频率高于谐振频率点 fL 时，磁珠则呈现电容特性。
三、 磁珠选用的原则
磁珠的阻抗在 EMI 噪声频率处最大。比如如果 EMI 噪声的最大值在 200MHz,那你 选择的时候就要看磁珠的特性曲线，其阻抗的最大值应该在 200MHz 左右。
与电感的区别：
（1）有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈；少于一匝（导线直通磁环）的线圈 习惯称之为磁珠。 （2）电感是储能元件；而磁珠是能量转换（消耗）器件。 （3）电感多用于电源滤波回路；磁珠多用于信号回路,用于 EMC 对策。 （4）磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性 干扰。两者都可用于处理 EMC、EMI 问题。 （5）电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上，在模拟地和数字地结合的 地方用磁珠。